示波器知识—附件和软件

4.1 探头是怎样工作的

 

　　 示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。探头有很多种类型号各有其没的特性，以适应各种不同的专门工作的击破要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。
　　 我们将首先集中讨论通用无源探头，说明共主要技术指标以及探头对被测电路和被测信号的影响，接着简单介绍几种专用探头及其附近。

 

屏蔽

 

　　 探头的一个重要任务是确保只有希望观测的信号才在示波器上出现，如果我们仅仅使用一面导线来代替探头，那到它的作用就好象是一根天线，可以从无线电台、荧光灯，电机、50或60Hz的电源的交流声甚至当地业余无线电爱好者那里接收到很多不希望的干扰信号，其些这类噪声甚至还能抽向注入到被测电路中去所以我们首先需要的是屏蔽的电缆，示波器探头的屏蔽电缆通过们于探头尖端的接地线和被测电路连接，从而保证了很好的屏蔽。

 

探头带宽

 

　　 和示波器一们，探头也具有其允许的有限带宽。如果我们使用一台100MHz的示波器和一个100MHz的探头，那么它们组合起来的响应就小于100MHz，探头的电容和示波器的输入电容相加，这就减小了系统的带宽，加大了显示的上升时间tr见第一章1.3节上升时间。

 

使用1.3节的公式

 

　　tr(ns)=350/BW(MHz)

 

　　 如果示波器和探头各自均为100MHz带宽，其上升时间均为tr=3.5ns 。则有效系统上升时间就由下式给出：

 

　　 trsystem=sqr(t2rscope+t2rprobe)

 

　　 =sqr(3.52+3.52)ns

 

　　 =sqr(24.5)2ns

 

　　 =4.95ns

 

　　 根据4.95ns的系统上升时间求得，系统带宽为350/4.95MHz=70.7MHz。
　　 Fluke公司给所有示波器配备的探头都能使示波器保证在探头尖端获得规定的示波器带宽，从上述的计算可以看出，视觉要求探头本射的带宽要比示波器的带宽宽得多。

 

负载效应

 

　　 当我们进行测量时，我们常常以为测得的电压和电路中未连入示波器时是完全一样的。
　　 实际上，每个探头都有其输入阻抗，输入阻抗包含了电阻、电容和电感分量。由于探头引入的额外负载，所以连入探头后就会影响被测电路我以当我们分析测量结果时必须考虑探头的特性以及测试电路的阻抗。
　　 有些探头里没有串联的电阻，这类探头主要就由一段电缆和一个测试头构成，因此，在其工作频率范围或有用带宽之内，探头对信号没有衰减作用。这类探头称为1：1或X1探头。由于这类探头在测试点处将其自身的电容（包括电缆的电容）与示波器的输入阻抗连在了一起，所以这种探头具有负载效应。见图42。